JP5876484B2 - 通信システム - Google Patents

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Description

本発明は、給電装置及び受電装置をケーブルにて接続し、前記給電装置から受電装置への給電に基づく充電制御に要する制御信号の通信を、前記ケーブルを介して行う通信システムに関する。
近年、モータ及びバッテリ等の装置を搭載し、バッテリに蓄積した電力にてモータを駆動することで走行する電気自動車及びハイブリッド自動車が普及し始めている。電気自動車は外部の給電装置からバッテリへの充電を行う必要があり、またハイブリッド自動車であっても外部の給電装置からバッテリへの充電を可能としたプラグインハイブリッド自動車がある。外部からバッテリへの充電を行う車両においては、外部の給電装置に接続された充電ケーブルのプラグを車両に設けられた給電口のコネクタ装置に接続して、給電装置から車両のバッテリへ充電ケーブルを介した電力供給が行われ、バッテリが充電される。
また、給電装置から車両のバッテリへの充電に際し、給電装置及び車両にコントロールパイロット信号を送受信する制御ケーブルを接続し、コントロールパイロット信号に基づいて充電制御を行う充電制御システムがある（例えば、特許文献１参照。）。
さらに、給電装置からの給電の商業化等の普及につれて、充電量管理、課金管理等の管理を行うための情報を、車両及び給電装置の間で送受信する通信機能が必要となってきている。
そこで、制御ケーブルを介して通信するコントロールパイロット信号に、管理等の用途に用いる情報を含む通信信号を重畳する通信システムが注目されている。本通信システムでは、制御ケーブル夫々から分岐した支線に、制御ケーブルへの信号の重畳及び分離を行う電磁誘導式の信号変換器（カップリングトランス等の回路素子）を接続した構成が採用されている。
特開２００９−１０６０５３号公報
しかしながら、上述の通信システムの場合、制御ケーブルを分岐させる必要があるため、ケーブルの分岐部分及び分岐後の支線を配設するためのスペースが必要となる。電気自動車等の車両には多数の電子機器が搭載されるため、車両内における各種機器の配設スペースは限られている。このため、上述の通信システムの構成をとる場合、制御ケーブルの分岐部分及び支線を配設するスペースを確保することが容易ではなく、当該通信に要する機器の小型化及び省スペース化が求められる。
一方で、車両外に設置される充電スタンド又はある程度の広さが確保された自宅駐車場近傍等の場所に設置された給電装置は、車両ほど機器の配設スペースが制限されることはないため、内蔵する各種機器の小型化又は省スペース化より、実績のある機器を採用する方が好ましい場合がある。また様々な車両が利用すると考えられる充電スタンド等の施設では、互換性の観点から広く採用されている構成の機器を採用する方が好ましい場合がある。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、実績及び互換性を重視した構成の配線と、小型化及び省スペース化を重視した別構成の配線とが混在する場合であっても、コントロールパイロット信号等の制御信号に当該信号と異なる信号を重畳した場合の通信を実現する通信システムを提供することを目的とする。
本発明に係る通信システムは、給電装置と、該給電装置からの給電を受ける蓄電装置を搭載した車両とを電源線及び該電源線と別個の２本の通信ケーブルにて接続し、前記蓄電装置の充電制御に要する制御信号の通信を前記通信ケーブルを介して行う通信システムにおいて、前記給電装置は、矩形波発振回路を有する第１充電制御部を備え、前記車両は、第２充電制御部を備え、前記第１充電制御部及び第２充電制御部は、前記通信ケーブルを介して前記制御信号の送受信を行い、前記給電装置及び車両のうちの一方は、前記２本の通信ケーブル夫々から分岐した２本の支線に接続され、前記通信ケーブルを介した通信に対する前記制御信号と異なる通信信号の重畳、及び前記通信ケーブルを介した通信に重畳された前記通信信号の分離を行う第１重畳分離部と、該第１重畳分離部を介して通信信号を送受信する第１通信部とを備え、前記給電装置及び車両のうちの他方は、一方の通信ケーブル中に設けられ、該通信ケーブルを介した通信に対する前記通信信号の重畳及び前記通信ケーブルを介した通信に重畳された前記通信信号の分離を行う第２重畳分離部と、該第２重畳分離部を介して通信信号を送受信する第２通信部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る通信システムは、前記第１重畳分離部は、前記２本の支線に夫々接続されたコンデンサと、該コンデンサに１次コイルが接続され、前記第１通信部に２次コイルが接続された電磁誘導式の第１信号変換器とを有し、前記第２重畳分離部は、前記一方の通信ケーブル中に１次コイルが介装され、前記第２通信部に２次コイルが接続された電磁誘導式の第２信号変換器と、前記２本の通信ケーブル間に接続されたコンデンサとを有することを特徴とする。
本発明に係る通信システムは、前記通信ケーブルの一方は、接地されていることを特徴とする。
本発明に係る通信システムは、給電装置及び受電装置を電源線及び該電源線と別個の２本の通信ケーブルにて接続し、前記給電装置から受電装置への給電に基づく充電制御に要する制御信号の通信を、前記通信ケーブルを介して行う通信システムにおいて、前記給電装置は、矩形波発振回路を有する第１充電制御部を備え、前記受電装置は、第２充電制御部を備え、前記第１充電制御部及び第２充電制御部は、前記通信ケーブルを介して前記制御信号の送受信を行い、前記給電装置及び受電装置のうちの一方は、前記２本の通信ケーブル夫々から分岐した２本の支線に接続され、前記通信ケーブルを介した通信に対する前記制御信号と異なる通信信号の重畳、及び前記通信ケーブルを介した通信に重畳された前記通信信号の分離を行う第１重畳分離部と、該第１重畳分離部を介して通信信号を送受信する第１通信部とを備え、前記給電装置及び受電装置のうちの他方は、一方の通信ケーブル中に設けられ、該通信ケーブルを介した通信に対する前記通信信号の重畳及び前記通信ケーブルを介した通信に重畳された前記通信信号の分離を行う第２重畳分離部と、該第２重畳分離部を介して通信信号を送受信する第２通信部とを備えることを特徴とする。
本発明では、ケーブルで接続する一方には、２本のケーブルから分岐した２本の支線にカップリングトランス等の電磁誘導式の信号変換器を有する第１重畳分離部を設け、他方には、一方のケーブルに電磁誘導式の信号変換器を有する第２重畳分離部を設ける。このように一方側の装置と他方側の装置との配線に係る構成を異なるものとすることにより、一方側で実績及び互換性を重視しながらも、他方側では小型化及び省スペース化を図ることができる。
また、本発明では、一方のケーブル、一方の支線、一方側の装置のコンデンサ、一方側の装置の１次コイル、一方側の装置のコンデンサ、他方の支線、他方のケーブル、他方側の装置の１次コイル、他方側の装置のコンデンサ、一方のケーブル、…、と連なる閉ループ回路が構成され、コントロールパイロット線及びＧＮＤ線を介した通信が可能となる。
また、本発明では、コイルの巻き数比及び抵抗値が所定の条件を満たすように設定することにより、双方の装置が略同じ通信帯域で通信を行うことが可能となり、ノイズの混入等の異常による通信への悪影響を防止することが可能である。
本発明は、給電装置からの給電に際して、充電制御に要するコントロールパイロット信号等の制御信号を伝送する２本のケーブルを用いて、制御信号と異なる通信信号を伝送する通信システムに適用される。そして給電側の装置及び受電側の装置の内の一方は、２本のケーブル夫々から分岐した２本の支線に接続され、通信信号の重畳及び分離を行う第１重畳分離部を備え、他方は、一方のケーブル中に設けられ、通信信号の重畳及び分離を行う第２重畳分離部を備える。このような構成とすることにより、一方側の装置では、実績及び互換性を重視しながらも、他方側では小型化及び省スペース化を図ることが可能である等、優れた効果を奏する。従って、例えば、スペースに余裕がある反面、互換性を考慮すべき公共の充電スタンド等の給電装置が第１重畳分離部を備えるようにし、小型化及び省スペース化が望まれる車両が第２車両部を備えるようにするというような構成とすることが可能である。
本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る通信システムの構成例を示す説明図である。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す説明図である。実施の形態１では、電気自動車１が備えるバッテリ（蓄電装置）１０に対し、給電装置として機能する充電スタンド２から給電する際の給電制御に適用する例を説明する。電気自動車１及び充電スタンド２の間は、電力供給線として用いられる２本の充電ケーブル３１、３２、充電制御に要する制御信号を伝送する制御ケーブル３３、及び接地ケーブル３４により接続されている。これらの各種ケーブルは、充電スタンド２側のケーブルの末端に設けられたプラグと、電気自動車側に設けられた接続口とを結合することにより、図１に例示する回路構成となる。
充電ケーブル３１、３２は、交流電圧が印加されるＡＣ線である。制御ケーブル３３は、コントロールパイロット信号等の制御信号を送受信する信号線であり、送受信されるコントロールパイロット信号に基づいて充電制御が行われる。さらに、本発明に係る通信システムでは、充電管理、課金管理等の管理を行うための情報、その他各種情報を、制御信号と異なる通信信号として、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４の２本のケーブルを用いて伝送する。即ち、本発明の通信システムは、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４の２本のケーブルを介して、通信される制御信号(コントロールパイロット信号)に、通信信号を重畳し、通信を行うものである。
充電スタンド２は、交流電力を供給する電力供給部２０と、充電制御に係る通信を行う充電制御部２１と、通信信号の重畳及び分離を行う重畳分離部２２と、通信信号の送受信を行う通信部２３とを備えている。電力供給部２０には、充電ケーブル３１、３２の一端及び接地ケーブル３４が接続されている。充電制御部２１には、制御ケーブル３３の一端及び接地ケーブル３４が接続されている。なお、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４は、充電スタンド２内では、各ケーブルの延長ケーブルとして機能する内部配線ということになるが、以降の説明では、内部配線として配設された延長ケーブル部分も含めて、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４として説明する。
制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４には、充電制御部２１からプラグまでの間で分岐する支線３３ａ、３４ａの一端が接続されている。支線３３ａ、３４ａの他端は、重畳分離部２２に接続されている。
充電制御部２１は、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４を接続するコンデンサ２１１等の各種素子、並びに矩形波発振回路、マイコン及びバッファ等の各種回路を備えている。充電制御部２１は、例えば、充電制御に関する国際規格に準拠した出力側の回路であり、コントロールパイロット信号等の制御信号を送受信することにより、接続確認、通電開始等の様々な状態における充電制御を行う。
重畳分離部２２は、コンデンサ２２１、２２２、カップリングトランス（電磁誘導式の信号変換器）２２３を備えている。重畳分離部２２では、支線３３ａ、３４ａの他端に対し、コンデンサ２２１、２２２の一端側の端子が接続されている。コンデンサ２２１、２２２の他端側の端子には、カップリングトランス２２３の１次コイル２２３ａが接続されている。即ち、支線３３ａ、コンデンサ２２１、カップリングトランス２２３の１次コイル２２３ａ、コンデンサ２２２及び支線３４ａが、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４の間にこの順で直列に接続されている。そして、カップリングトランス２２３の２次コイル２２３ｂは、通信部２３に接続されている。
重畳分離部２２は、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４の２本のケーブルを介して、制御信号の通信に、通信信号を重畳し、また、重畳された通信信号を分離する。このようにして、重畳分離部２２が、通信部２３から出力される各種通信信号を重畳し、また、分離した各種通信信号を通信部２３に入力することで、通信部２３の通信が行われる。
電気自動車１には、バッテリ１０の他、バッテリ１０に対する充電を行う充電部１１と、充電制御に係る通信を行う充電制御部１２と、通信信号の重畳及び分離を行う重畳分離部１３と、通信信号の送受信を行う通信部１４とを備えている。
電気自動車１には、充電ケーブル３１、３２の他端と、制御ケーブル３３の他端と、接地ケーブル３４とが接続されている。充電ケーブル３１、３２の他端は、電気自動車１内の内部に配設されたＡＣ線を介して充電部１１に接続されており、充電部１１によりバッテリ１０に対する充電が行われる。制御ケーブル３３の他端は、電気自動車１内の内部配線として配設された延長ケーブルを介して充電制御部１２に接続されている。また、接地ケーブル３４は、内部配線として配設された延長ケーブルを介して充電器１１及びバッテリ１０並びに充電制御部１２に接続されている。なお以降の説明では、便宜上、内部配線として配設された延長ケーブル部分も含めて、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４として説明する。
充電制御部１２は、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４を接続するコンデンサ１２１等の各種素子、並びにマイコン及びバッファ等の各種回路を備えている。充電制御部１２は、例えば、充電制御に関する国際規格に準拠した入力側の回路であり、コントロールパイロット信号等の制御信号を送受信することにより、接続確認、通電開始等の様々な状態における充電制御を行う。
電気自動車１内において、制御ケーブル３３上には重畳分離部１３が配設されている。重畳分離部１３は、カップリングトランス（電磁誘導式の信号変換器）１３１を備え、カップリングトランス１３１の１次コイル１３１ａが、制御ケーブル３３中に介装された状態で設けられている。カップリングトランス１３１の２次コイル１３１ｂは、通信部１４に接続されている。
重畳分離部１３は、制御ケーブル３３を介して、制御信号の通信に、通信信号を重畳し、また、重畳された通信信号を分離する。このようにして、重畳分離部１３が、通信部１４から出力される各種通信信号を重畳し、また、分離した各種通信信号を通信部１４に入力することで、通信部１４の通信が行われる。
充電スタンド２及び電気自動車１を、充電ケーブル３１、３２、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４で接続することにより、充電ケーブル３１、３２による通電経路と、制御ケーブル３３による制御信号の伝送経路とが確保され、また接地が行われる。充電スタンド２及び電気自動車１が制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４で接続された状態においては、制御ケーブル３３、接地ケーブル３４、支線３３ａ、３４ａ、コンデンサ２２１、２２２、カップリングトランス２２３の１次コイル２２３ａ、充電制御部１２のコンデンサ１２１、及びカップリングトランス１３１の１次コイル１３１ａによって閉じられた電流ループ回路が構成される。そして、このループ内に配置されたカップリングトランス２２３及び１３１により、通信信号の重畳及び分離を行うことができ、充電スタンド２及び電気自動車１間で通信を行うことができる。
以上の構成の電力制御システムにおいては、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４とから分岐した支線３３ａ、３４ａにコンデンサ２２１、２２２及びカップリングトランス２２３を接続した構成の重畳分離部２２を用いて充電スタンド２の通信部２３が通信を行うと共に、一方の制御ケーブル３３中にカップリングトランス１３１を設け、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４間にコンデンサ１２１を接続した構成の重畳分離部１３を用いて電気自動車１の通信部１４が通信を行う構成とすることにより、充電スタンド２と電気自動車１とに異なる構成で通信を行う装置を搭載することができる。充電スタンド２及び電気自動車１が制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４で接続された状態においては、制御ケーブル３３、接地ケーブル３４、支線３３ａ、３４ａ、コンデンサ２２１、２２２、カップリングトランス２２３の一次コイル２２３ａ、コンデンサ１２１、カップリングトランス１３１の一次コイル１３１ａによって閉じられた電流ループ回路が構成される。よって、充電スタンド２及び電気自動車１間での通信が可能となる。
このように構成した場合、電気自動車１に搭載される通信に関する装置は、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４を分岐させる必要がないため、分岐部分及び分岐された支線の配設スペースを電気自動車１内に確保する必要がない。よって、充電スタンド２の通信に関する装置と比較して、小型化及び省スペース化を実現することができる。
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１において、電気自動車側の制御ケーブル及び接地ケーブルに分岐部及び支線を設けて通信に係る装置を配設すると共に、充電スタンド側の制御ケーブル中に重畳分離部を設ける構成である。なお、以降の説明において、実施の形態１と同様の構成については実施の形態１と同様の符号を付し、実施の形態１を参照するものとし、その説明を省略する。
図２は、本発明の実施の形態２に係る通信システムの構成例を示す説明図である。充電スタンド２が備える充電制御部２１は、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４が接続されている。電気自動車１内の制御ケーブル３３上には、重畳分離部２４が配設されている。重畳分離部２４は、カップリングトランス（電磁誘導式の信号変換器）２４１を備え、カップリングトランス２４１の１次コイル２４１ａが、制御ケーブル３３中に介装された状態で設けられている。カップリングトランス２４１の２次コイル２４１ｂは、通信部２３に接続されている。
重畳分離部２４は、制御ケーブル３３を介して、制御信号の通信に、通信信号を重畳し、また、重畳された通信信号を分離する。このようにして、重畳分離部２４が、通信部２３から出力される各種通信信号を重畳し、また、分離した各種通信信号を通信部２３に入力することで、通信部２３の通信が行われる。
電気自動車１が備える充電制御部１２には、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４が接続されている。電気自動車１内の制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４には、充電制御部１２から接続口までの間で分岐する支線３３ｂ、３４ｂの一端が接続されている。支線３３ｂ、３４ｂの他端は、重畳分離部１５に接続されている。
重畳分離部１５は、コンデンサ１５１、１５２、カップリングトランス（電磁誘導式の信号変換器）１５３を備えている。重畳分離部１５では、支線３３ｂ、３４ｂの他端に対し、コンデンサ１５１、１５２の一端側の端子が接続されている。コンデンサ１５１、１５２の他端側の端子には、カップリングトランス１５３の１次コイル１５３ａが接続されている。即ち、支線３３ｂ、コンデンサ１５１、カップリングトランス１５３の１次コイル１５３ａ、コンデンサ１５２及び支線３４ｂが、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４の間にこの順で直列に接続されている。そして、カップリングトランス１５３の２次コイル１５３ｂは、通信部１４に接続されている。
重畳分離部１５は、制御ケーブル３３及び接地ケーブル３４の２本のケーブルを介して、制御信号の通信に、通信信号を重畳し、また、重畳された通信信号を分離する。このようにして、重畳分離部１５が、通信部１４から出力される各種通信信号を重畳し、また、分離した各種通信信号を通信部１４に入力することで、通信部１４の通信が行われる。
このような構成とすることにより、いずれの方向の通信においても、閉じられた電流ループ回路が構成され、充電スタンド２及び電気自動車１間での通信が可能となることは、実施の形態１と同様である。
前記実施の形態１及び２では、通信機能を備える車両として電気自動車を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、プラグインハイブリッド自動車など、外部からバッテリへの充電を行う機能を有するその他の車両であってもよい。また、通信機能を備える給電装置として充電スタンドを例に説明を行ったが、これに限るものではなく、制御ケーブルを介して車両への給電を行う機能を有する他の装置であってもよい。例えばユーザが自宅のコンセントに充電ケーブルを接続して車両への充電を行うに際し、制御ケーブルにて充電制御を行う場合、自宅の配電盤などに通信に係る装置を設けるなどの構成であってもよい。また更には、制御ケーブル内に電力線通信を行う回路を搭載する構成であってもよい。更には、制御ケーブルと組み合わせるケーブルとして、接地ケーブル以外のケーブルを用いるようにしても良い。また、制御ケーブルと接地ケーブルを制御信号又は通信信号の通信経路に用いたが、一方もしくは双方を車体又は給電装置の筐体などの導体を用いてもよい。
また、本発明に係る電力制御システムの構成は、電気自動車等の車両の充電時の充電制御に際してインバンド通信にその適用が限定されるものではなく、インバンド通信を行うその他の種々の通信システム（例えば家庭内又は社内でパーソナルコンピュータ、携帯型電子機器及びＡＶ機器等が電力線通信を行うシステム）に適用することができる。
１ 電気自動車（車両）
１０ バッテリ（蓄電装置）
１１ 充電部
１２ 充電制御部
１２１ コンデンサ
１３ 重畳分離部
１３１ カップリングトランス
１４ 通信部
１５ 重畳分離部
１５１、１５２ コンデンサ
１５３ カップリングトランス
２ 充電スタンド（給電装置）
２０ 電力供給部
２１ 充電制御部
２１１ コンデンサ
２２ 重畳分離部
２２１、２２２ コンデンサ
２２３ カップリングトランス
２３ 通信部
２４ 重畳分離部
２４１ カップリングトランス
３１、３２ 充電ケーブル
３３ 制御ケーブル
３４ 接地ケーブル
３３ａ、３３ｂ 支線
３４ａ、３４ｂ 支線

Claims (4)

  1. 給電装置と、該給電装置からの給電を受ける蓄電装置を搭載した車両とを電源線及び該電源線と別個の２本の通信ケーブルにて接続し、前記蓄電装置の充電制御に要する制御信号の通信を前記通信ケーブルを介して行う通信システムにおいて、
    前記給電装置は、
    矩形波発振回路を有する第１充電制御部を備え、
    前記車両は、
    第２充電制御部を備え、
    前記第１充電制御部及び第２充電制御部は、
    前記通信ケーブルを介して前記制御信号の送受信を行い、
    前記給電装置及び車両のうちの一方は、
    前記２本の通信ケーブル夫々から分岐した２本の支線に接続され、前記通信ケーブルを介した通信に対する前記制御信号と異なる通信信号の重畳、及び前記通信ケーブルを介した通信に重畳された前記通信信号の分離を行う第１重畳分離部と、
    該第１重畳分離部を介して通信信号を送受信する第１通信部と
    を備え、
    前記給電装置及び車両のうちの他方は、
    一方の通信ケーブル中に設けられ、該通信ケーブルを介した通信に対する前記通信信号の重畳及び前記通信ケーブルを介した通信に重畳された前記通信信号の分離を行う第２重畳分離部と、
    該第２重畳分離部を介して通信信号を送受信する第２通信部と
    を備えることを特徴とする通信システム。
  2. 前記第１重畳分離部は、
    前記２本の支線に夫々接続されたコンデンサと、
    該コンデンサに１次コイルが接続され、前記第１通信部に２次コイルが接続された電磁誘導式の第１信号変換器と
    を有し、
    前記第２重畳分離部は、
    前記一方の通信ケーブル中に１次コイルが介装され、前記第２通信部に２次コイルが接続された電磁誘導式の第２信号変換器と、
    前記２本の通信ケーブル間に接続されたコンデンサと
    を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
  3. 前記通信ケーブルの一方は、接地されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
  4. 給電装置及び受電装置を電源線及び該電源線と別個の２本の通信ケーブルにて接続し、前記給電装置から受電装置への給電に基づく充電制御に要する制御信号の通信を、前記通信ケーブルを介して行う通信システムにおいて、
    前記給電装置は、
    矩形波発振回路を有する第１充電制御部を備え、
    前記受電装置は、
    第２充電制御部を備え、
    前記第１充電制御部及び第２充電制御部は、
    前記通信ケーブルを介して前記制御信号の送受信を行い、
    前記給電装置及び受電装置のうちの一方は、
    前記２本の通信ケーブル夫々から分岐した２本の支線に接続され、前記通信ケーブルを介した通信に対する前記制御信号と異なる通信信号の重畳、及び前記通信ケーブルを介した通信に重畳された前記通信信号の分離を行う第１重畳分離部と、
    該第１重畳分離部を介して通信信号を送受信する第１通信部と
    を備え、
    前記給電装置及び受電装置のうちの他方は、
    一方の通信ケーブル中に設けられ、該通信ケーブルを介した通信に対する前記通信信号の重畳及び前記通信ケーブルを介した通信に重畳された前記通信信号の分離を行う第２重畳分離部と、
    該第２重畳分離部を介して通信信号を送受信する第２通信部と
    を備えることを特徴とする通信システム。
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